云南可保煤矿有限公司,云南 昆明 652100
摘 要 为了设计大关露天煤矿生产能力满足年产量为120万吨,通过对该露天煤矿自然环境、井田地质特征、矿井储量和生产能力等进行设计分析,设计其开拓方式采用斜井开拓方式,开采方式采用双滚筒采煤机-单斗挖掘机采装—胶带运输机—推土机排土开采工艺。该煤矿含煤层总共有5层,其中可采煤层有4层,煤层厚度3.38~10.47m,平均厚度为7.38m,煤层厚度变化小,煤层倾角倾为1~5°,煤矿设计储量为6378.02万吨,大关煤矿年产量达120万吨满足设计要求。
关键词 大关露天煤矿 年产量 开采工艺 可采煤层 设计储量
中图分类号 TD824; 文献标志码 A
0引言
露天开采是一种历史悠久的采矿方法,其特点是开采能力强,建设速度快、劳动效率高、生产成本低、资源回采率高[1]-[3]。因为独特的优点,近百年来世界各国首先发展露天煤矿,其开采规模、方法、工艺、技术、装备等各方面都取得前所未有的突破。随着开采装备水平的快速提高,我国露天煤矿也得到迅速发展,工艺技术水平显著提升,产能规模快速攀升,露天煤矿产量已跃居世界第二,我国已成为露天采煤大国和强国[4]-[5]。
1开采矿区概况
该矿井位于大关煤田普查区,井田面积为58.76m2,隶属于开羊市木里乡管辖,矿区距开羊市区约7.5km,向北距沙色镇大约有25.2km,向西经大松树与内阳线沥青路相连接,经过普口湾与113国道相连接,其中矿井井田至大松树村为简易土路直线距离约为6.8km,大松树村至普口湾35km,向南边距陕西省界不到3.9km。
该煤矿主要可采煤层有2号、3号、4号和5号煤层共四层,各煤层存储相对较为稳定,经过探明煤田地质储量约40.0Mt。每个煤层平均灰份含量均小于11%,煤层的含硫量较低,原煤平均含硫量小于0.35%,煤层发热量平均为28.2kJ/g,属于含灰量低、特低硫、发热量中高的低粘性煤层,是一种良好的民用和工业用煤,深受附近各大发电厂和村民的欢迎。
2井田地质特征
2.1 井田地形概况
该井田位于平原高级储量区,经过调查勘探说明该矿井的地质构造和复杂形态,主要褶皱得到控制,其控制主要断层的位置和落差,明确可采煤层的层数、位置、厚度和范围,详细了解陷落柱对煤层的影响,分析可采煤层的特征,确定各煤层的煤为单一的无烟煤,分析表明直接充水含水层和间接充水含水层的岩性、厚度、埋藏条件,详细了解可采煤层的顶、底板的工程地质特征,储量计算利用工程质量可靠,各级储量圈定合理。
2.2 井田地层构造
根据地面特征和地勘钻孔情况,井田内的地层分别是奥陶系、石炭系、二叠系、第四系。
奥陶系是根据根据地勘钻孔资料,地面尚未出露,岩性为兰灰色的,致密厚层状石灰岩,顶部为浅黄色的泥灰岩。石炭系中的本河组主要为浅灰色的铁质泥砂岩,局部沉积有薄煤层及浅紫色铁矿,其平均厚度为12.40m。二叠系中底部以K7砂泥岩与太原组为分界,其岩性分为灰黑色的泥石岩、砂岩和煤层,厚度介于50.27~60.43m之间,平均厚度为54.69m。第四系主要为浅红色亚粘土和淡灰色亚砂土、粉砂土,分布于丘陵盆地之上的地区,厚度介于0~55.78m之间,与下伏地段煤层存在不整合接触面。
2.3 井田地质构造
井田位于平原矿区西部,即单斜下部,井田内褶皱和断层发育,南北构造特征各异,发育的褶皱如下:
(1)普家沟向斜:位于井田东南界处,轴向近南北边,南部略偏西侧,东翼倾角3~7°,西翼倾角10°,向北倾伏于煤矿井田内,在617、618、619号钻孔间形成盆状向斜,轴向延展长度3000m。
(2)普家沟状背斜:位于东南边界之外的普家沟煤矿,轴向平行于普家沟向斜,轴部较平缓,向北倾伏,轴向延展长度1800m。
(3)大松树村底向斜:位于635号钻孔与大松树村,632号与638号钻孔之间,轴向N60°E,向南至太原边界转为N30°E,东侧翼倾角8~11°,西翼于637~632号钻孔间产生轴向为SW向的附生背斜至曹家沟一带转为轴向N36°E的单斜产状,该向斜轴向延展长度3000m,其矿井内延伸长度为1000m左右。
3 煤层特征
该矿井内主要含煤层是本西组和太原组两个组,共含煤层为5层,其中可采煤层为4层,含煤层总厚平均值为133.15m,而煤层总厚度为14.42m,其中可采煤层总厚度为11.27m,含煤系数为8.56%。
煤质:该矿井各可采煤层均为灰黑色~黑色,其主要颜色为黑褐色,其色泽为金属~半金属光泽,煤质在裂隙中不断发育,层数是参差次不齐、具有粒状结构、夹亮煤层带、块状~粒状构造,煤质的真实密度介于1.45~1.50,视密度介于1.40~1.45,摩氏硬度介于1.5~2.5,质地较软、易污手。2号、3号煤层底部煤质较软易碎,4号、5号煤层含灰色铁矿结核多。
瓦斯、煤尘及自燃性:根据矿井地质报告,勘探中的608、612、622、643号四个钻孔取3号~5号煤瓦斯样试验,从试验结果分析可知矿井内四个可采煤层瓦斯含量均偏低,开采的3号~5号四个可采煤层经鉴定均为低瓦斯煤层。根据煤层爆炸性试验可得到火焰长度为0,自燃倾向性测试结果为吸氧量为1.0484cm3/g,可采煤层自燃发火等级为3级,属于不易自燃煤层。
4 矿井储量及开采工艺
4.1 矿井设计储量计算
矿井永久煤柱损失计算是综合考虑了井田边界、采空区、公路等留设出煤柱的损失,其中矿井边界的煤柱留设20m宽;采空区的煤柱留设30m宽,公路的煤柱在其边线外留出保护等级维护带宽度,然后按照各层的移动角计算出水平移动长度,所有岩层水平移动长度之和即为维护带外煤柱的宽度。经过计算分析,矿井设计储量为63.78Mt,详见表1所示。
表1 矿井设计储量汇总表
煤 层 | 矿井工业储量 | 永久煤 层损失 | 矿井设计资源储量 | ||
2 | 8680 | 13 | 1040.8 | 1053.8 | 7363.2 |
3 | 24540 | 135.6 | 1875.1 | 1686.5 | 24857.2 |
4 | 9820 | / | 730.0 | 730.0 | 6100.0 |
5 | 25530 | 143.1 | 1779.4 | 1782.5 | 25455 |
合计 | 68570 | 291.7 | 5425.3 | 5252.8 | 63775.4 |
矿井设计可采储量按下式计算:
式中:
Zs—矿井设计储量;
Zg—矿井工业储量;
P—永久煤柱损失量按工业储量的5%~7%取值,本设计取5%。
该矿井设计储量ZS=6857×(1-7%)=6377.02万吨。
4.2 设计生产能力
矿井生产能力主要受煤层储存条件、煤储量、矿井装备条件、交通运输条件和市场条件等多方面的制约,总矿井能利用储量68570.0kt,设计储量63775.4kt,通过以上分析该矿井具备建设大型矿井的资源所有条件。该矿井内共有五层煤层,其中四层煤层是属于可采煤层,各煤层埋藏相对较浅,各煤层间距总共20米左右,其中2号煤层属于薄煤层,3号煤层属于厚煤层,4号煤层属于中厚煤层,5号煤层属于厚煤层。
4.3 设计服务年限
一号井服务的一采区和二采区范围内2号煤和3号煤设计可采储量共24177kt,则一号井服务年限:
式中:
T—矿井设计服务年限,a;
ZK—矿井可采储量,kt;
A—矿井设计生产能力,kt/a;
K—储备备用系数,取1.4。
二号井服务的三采区和四采区范围内4号和5号煤设计可采储量共39146kt,则二号井服务年限:
式中:
T—矿井设计服务年限,a;
ZK—矿井可采储量,kt;
A—矿井设计生产能力,kt/a;
K—储备备用系数,取1.4。
根据设计要求,一号井区和二号井区服务年限都是大于20年,其中一号井区的服务年限为28年,二号井区的服务年限为46.6年。
4.4 矿井开拓及开采
本次设计从井简垂深、煤层储存形状及范围、煤层层间距及开采技术条件、井田内地形地貌特征、煤层出露情况、水文地质条件及公路运输条件等方面进行分析,该井田既适用于斜井开拓方式。根据煤层存储情况和矿井开拓方式,将该矿井井田划分为四个采区,即该地一号井开拓开采一采区和二采区,该地二号井开拓开采三采区和四采区。矿井投产后一号井开拓开采一采区→二采区,二号井开拓开采三采区→四采区,各首采区工作面条带前进式布置,回采工作面回采采用长壁后退式开采。
5 结论
从工程地质勘探和开采方案选择及分析计算可知,工程位置合理交通极为方便,地形地貌和水文地质的调查满足设计要求,设计其开拓方式采用斜井开拓方式,采用双滚筒采煤机-单斗挖掘机采装—胶带运输机—推土机排土开采工艺,煤矿含煤层总共有5层,其中可采煤层有4层,该煤矿年产总量120万吨设计要求。
参考文献
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作者介绍:袁明飞(1974—),男,汉族,工程师,研究方向:露天开采设计及露天调度管理。